根(gen)據出(chu)銅(tong)溝的工作環(huan)境及條件，要求(qiu)出(chu)銅(tong)溝用(yong)澆(jiao)注料必(bi)須具(ju)備以下性(xing)能(neng)：（1）具有(you)較好的熱震穩定性；（2）抗熔蝕與沖(chong)刷，且(qie)抗結構剝落；（3）具有適(shi)宜的膨脹性、抗滲透性，且(qie)不粘銅液；（4）具有較低(di)的氣孔率及(ji)較高(gao)的強度。針對使(shi)用要求，開發了高(gao)鋁—SiC質超(chao)低水泥(ni)澆(jiao)注料。

1 實驗

實(shi)驗所用原(yuan)料為特(te)級礬土(tu)熟料（體積密度(du)3.15g·cm-3）、碳化硅、硅微粉、燒結劑(ji)、高(gao)強度高(gao)鋁水泥，化學組成見表(biao)1、

將上述原料按(an)一定的比例混勻后倒(dao)入模具，振動成(cheng)型為(wei)40mmX40mmX160mm的條形試樣，分別經1100℃3h、1300℃3h熱處理后，測定試驗抗折(zhe)強(qiang)(qiang)度，耐壓(ya)強(qiang)(qiang)度和線變化(hua)率。

2 結果與討論

2.1 碳(tan)化硅加入(ru)量

碳化硅(gui)具(ju)有抗(kang)渣(zha)性優良、熱(re)膨(peng)脹系(xi)數小、熱(re)導率高(gao)、耐磨(mo)損(sun)性好(hao)等(deng)優點。在(zai)高(gao)鋁質超低水泥澆(jiao)注料中加入適量的碳化硅(gui)，可提高(gao)其抗(kang)銅液的侵蝕性及抗(kang)結(jie)構剝落性。加入SiC的試樣，隨著基(ji)質中碳化(hua)硅含量的增加，澆注料的耐壓強度(du)出現先上升再下降(jiang)的變(bian)化(hua)規律(lv)，燒后(hou)線變(bian)化(hua)率隨溫度(du)升高，由收(shou)縮到膨脹，并隨SiC含量的增(zeng)加而增(zeng)大。這是因為隨著溫度不斷升高，SiC的氧(yang)化速(su)度加快。

由(you)于SiC抗氧(yang)化性差，800℃以上(shang)SiC被氧化而轉變為SiO2。SiC顆粒表面被氧化后形(xing)成一層SiO2膜，從(cong)而使內部的SiC不被氧(yang)化。隨溫度升(sheng)高，一旦滿(man)足SiO2保護膜與系統中AL2O3 反應生成莫來(lai)石的熱力(li)學和動力(li)學條件時，伴隨著莫來(lai)石的生成，保護膜(mo)破壞，內(nei)部SiC被氧(yang)化(hua)，但新的(de)SiO2保護(hu)膜隨著形成，SiC的氧化(hua)被終止。該過程不斷重復進行，SiC加入量越多，莫來(lai)石的生(sheng)成(cheng)量也約多，伴隨莫來(lai)石的生(sheng)成(cheng)，膨脹(zhang)效應也越大，當SiC含量適宜時,由于試樣內部氧化氣氛不足(zu)，SiC只是部分被氧化,少量SiO2和C的生成起到(dao)了填充和封閉氣(qi)孔(kong)的作用 ,使(shi)結構(gou)致密化 ,強度隨SiC含量的增加而提高(gao)。1100 ℃3 h 燒后線變(bian)化率由(you)大到小，且為(wei)收縮。說明(ming) 1100 ℃時硅微粉、燒(shao)結劑已(yi)開始在基(ji)質(zhi)部(bu)分發(fa)生液相(xiang)燒(shao)結 ,SiC 雖然(ran)發生氧化 ,但氧(yang)化速度較小。因此 ,燒(shao)后線變化(hua)率(lv)為負(fu)值。澆注料結構(gou)的致密化(hua)及適當(dang)的膨脹量 ,可提高該(gai)澆(jiao)注料的(de)抗滲透性與抗侵蝕性。但當SiC含量(liang)大于一定值后(hou) ,SiC 氧(yang)化產(chan)生的氣體導致材料氣孔率增大(da) ,體積密度減小(xiao) ,延遲(chi)了燒結致(zhi)密(mi)化進程(cheng) ,對強度發展是不(bu)利的。加入 SiC 的(de)各試(shi)樣的(de)1100 ℃、1300 ℃燒后強度都低于未加(jia)入 SiC 的試樣 ,也證明(ming)了(le)這一觀點。

2.2 硅微(wei)粉加入(ru)量

硅微粉的(de)加(jia)入可提高澆注料的(de)常(chang)溫(wen)強度及中溫(wen)、高溫(wen)燒后強度 ,降(jiang)低材料的顯氣孔(kong)率(lv)。硅微粉能有效降(jiang)低 SiC 在高溫下(xia)的氧化速度 ,因為(wei)硅微粉不僅使 SiC 生成了(le)硅質保(bao)護膜 ,而且(qie)硅(gui)微(wei)粉在高溫下比較容易燒結 ,使起保護作(zuo)用的硅質(zhi)層厚度(du)增(zeng)加。所以 ,硅微粉在 1000 ℃以上時具(ju)有抑(yi)制 SiC 氧化的保護效果。結果表明，SiC 加(jia)入量最佳時，加入(ru)適量硅微(wei)粉 ,試樣的各項性能最(zui)好 ,SiC 的(de)氧化率最低。

2.3 燒結劑

出(chu)銅溫度在(zai) 1150～1300 ℃之間 ,此(ci)時(shi)一般(ban)澆注料的結合相正處(chu)于薄弱環節(jie) ,即沒有形成(cheng)牢固的陶瓷結合 ,常出現被沖蝕的(de)現象。為了提高澆注料的(de)耐沖刷性(xing)及 SiC 的抗(kang)氧(yang)化(hua)性(xing) ,應加入適當(dang)的燒結劑(ji)。為此 ,對燒結(jie)劑的種(zhong)類和添加量進行(xing)了研究 ,結果表明 ,復合燒(shao)結(jie)劑加入量為 10 %時能獲得性能優異(yi)的產品(pin)。

3 應(ying)用

根據上述實(shi)驗結果，高鋁(lv)- SiC質超低水泥澆注料在熔煉粗銅轉爐的出銅溝上進行工業(ye)試驗。使用壽命已(yi)達(da)原鎂質搗打料的3倍以上(shang)，目前仍在繼續使用。從(cong)損毀(hui)情況看出，鎂質搗打(da)料的損毀原因(yin)主(zhu)要是受銅液的滲透與侵蝕(shi)，使原搗打料變質(zhi)、結(jie)構疏松，受(shou)熱沖擊、機械沖擊后產生剝(bo)落。然后 ,新的料層又接近(jin)熔(rong)體，產生滲透與侵蝕，使(shi)原搗打料變質、結(jie)構疏松剝落 ,周而復始，直至不能使用(yong)。高(gao)鋁(lv)-SiC質超低水泥(ni)澆注(zhu)料(liao)的損毀原因主要(yao)是表(biao)層氧化(hua)，然后掛(gua)渣，受(shou)熱沖擊(ji)而剝(bo)落(luo)。新的表層又氧(yang)化、掛渣、剝(bo)落(luo) ,周而復始 ,最后(hou)損毀(hui)。由于該(gai)澆(jiao)注料的(de)抗(kang)氧化性能(neng)優越 ,僅(jin)限(xian)于(yu)表層氧化 ,所以損(sun)毀(hui)速率(lv)比鎂質搗打料慢得多。